科技之美

流淌人类智慧的河流

米迪运河的船闸连通大洋，中央运河的升船机跨越地形，庞特基西斯特水道桥凌空飞渡，阿姆斯特丹运河网精巧布局，里多运河工事融合水利，中国大运河贯通水系……六条世界遗产运河以巧思打破自然桎梏，书写水利工程的传奇。

在苍翠的河谷上，一座高耸的拱桥、一道铸铁的渡槽，把一条运河从河谷的这一端，送到了另一端。在人类建筑史上，类似的高空渡槽却也屡见不鲜，如法国和西班牙都有古罗马水道桥的壮观遗迹。在法国，著名的加尔水道桥由3层拱桥组成，高50米，长275米，最上层的水渠有1.8米深、1.2米宽，一昼夜可输水2万立方米。在西班牙，塞哥维亚的古罗马水道桥至今仍可使用。前者的雄姿被印到了欧元上，后者的形象出现在塞哥维亚的城徽上。

“梦幻仙桥”是每年6月举办的一场声光表演，将加尔水道桥全年的各项活动推向高潮。 Thierry Nava 摄

塞哥维亚市内古老的水道桥是古罗马人建筑技术与智慧的见证

而英国近代工程杰作——庞特基西斯特水道桥，足以媲美古人的杰作。罗马人的渡槽由石块堆砌而成，石块之间的接缝不用砂浆，只凭铁钉连接。渡槽是引水渠的一个组成部分，蕴含着罗马人的聪明智慧。相比之下，庞特基西斯特水道桥属于土木工程与金属建筑的完美结合。水道桥由上下两部分组成：下面是一座土木建筑，由18个38米高的空心墩柱组成，用于黏合的砂浆由石灰、水和牛血混合制成；上面是铸铁的渡槽，属于当时先进的金属工艺。渡槽与桥柱相连的部分被做成优美的拱形，不仅考虑了工程力学，也考虑了工程美学。比罗马人更胜一筹的是，水道桥的修建不是为了引水，而是用于行船、运输。2009年，庞特基西斯特输水道和运河被列入《世界遗产名录》。

庞特基西斯特水道桥由上下两部分组成，下面是木墩，上面是铸铁渡槽，渡槽与桥柱相连的部分被做成优美的拱形，堪称土木工程与金属建筑的完美结合。

PART.01

是运河，也是艺术品

每一条遗产运河，都代表着当时最高的科技水平，庞特基西斯特水道桥就是其中的代表。

它是“人类天才的创造力的杰作”。这个工程由托马斯·特尔福德和威廉·杰索普负责实施，他们都是当时英国顶尖的工程师。特尔福德后来成为土木工程师学会的第一任会长，在位长达14年。他的影响遍及英国19世纪早期所有城镇建设，而庞特基西斯特水道桥是他的第一个重要作品，直至今日，它仍然是英国境内可以通航的最长水道桥，也是世界最高的水道桥。从设计到建造，水道桥既融汇了人类的智慧，也体现了当时的科技水平。原来的计划是在山谷两侧建造一系列相互连接的中转水道，后来特尔福德力排众议，才有了横跨河谷的方案。渡槽的设计思路充分利用了阿基米德定律：当船从渡槽上经过时会排出与自身重量相等的水，所以拱座上所承受的重量几乎是恒定不变。因为采用了渡槽的方案，所以18公里长的运河上无须使用闸门，这在运河建设上也是一件不易办到的事情。

庞特基西斯特水道桥横跨河谷，至今仍然是英国境内可以通航的最长水道桥，也是世界最高的水道桥。

它能出色地展示一段时间内或世界某一文化区域内，人类价值观在建筑或技术、古迹艺术、城镇规划或景观设计发展方面的重要交流。向前看，庞特基西斯特水道桥和运河吸取了17世纪法国运河建设的经验；向后看，它开启了欧洲大规模开凿内陆运河、推动工业进步的先声。此后，欧洲、北美纷纷效法英国，运河建设与工业发展并肩而行。通过水道桥的建设，工程师研发出许多新的技术，至今仍被广泛应用在运河和桥梁建设中，且传播到了法国、意大利、加拿大、澳大利亚、土耳其和南美的一些国家。

它还是一种建筑或技术整体或景观的杰出范例，展现人类历史上一个（或几个）重要阶段。水道桥上的渡槽使用了生铁与锻铁强化弧形结构，重量虽轻，但是紧固耐用，见证了当时英国炼铁业的高质量生产能力。

水道桥还在建设阶段就吸引了大量艺术家、诗人、建筑师等人士前来参观，投入使用后，来参观的各界名流更是络绎不绝，甚至成为一种时尚。参观的名人包括维多利亚女王、惠灵顿公爵、司各特、骚塞、华兹华斯、达尔文、法拉第，等等。1819年，法拉第经过这里时远眺水道桥，感觉“它看起来像云一样轻”，气象之壮观，“绝不能匆匆走过”。1809年，费城一本文学和政治评论杂志刊登文章，为读者介绍水道桥的美丽与壮观：“在视线的尽头，可以看见高耸的柱子支撑着拱桥，呈现出宏伟壮丽的景象，堪称自然和艺术的杰作。”水道桥的名声已经远扬海外。

PART.02

智慧之光，无处不在

人类的智慧之光，闪耀在每一条遗产运河身上。1694年完工的法国米迪运河是第一条被列入《世界遗产名录》的运河。它总长360公里，承担着连接地中海和大西洋的水运功能。全部工程包括船闸、沟渠、桥梁、隧道等大小328座建筑，是罗马帝国灭亡后欧洲出现的最大规模的公共建筑工程。运河修建在路易十四统治时期，建筑技术正从文艺复兴向工业时代过渡，在工业革命和现代技术的探索道路上，米迪运河“具有技术上的代表性”，应用了许多技术和建筑上的创新。圣费雷奥尔大坝使用了新颖的排水和排淤设施，建成后高达35米，其世界第一高坝的记录保持了165年之久。世界上第一条用火药开凿的隧道也出现在运河上。马尔帕斯隧道长约160米，历时2年才完工，通航后成为世界上第一条航运隧道。在运河上，一条跨度9.15米的引水桥从勒皮德尔河上“凌空飞渡”，它是法国建造的第一座运河桥。当然，也有些技术创新并不成功，但不乏想象力，比如一种模样古怪的船闸，其闸室被设计成向外凸出的弧形。设计者的本意是为避免把水排空后闸室受到外部力量的挤压而坍塌，但未考虑到高水位时水压所产生的相反作用力。

建于1667～1680年的圣费雷奥尔水库是米迪运河的第一座水库，其主要功能是为米迪运河补充水量、稳定水位和保证常年通航，解决了此前所有工程面临的主要难题。

米迪运河上的勒皮德尔桥是法国第一座运河桥

米迪运河是世界上第一个拥有隧道的人工运河，马尔帕斯隧道也是世界上第一条用火药开凿的隧道。

米迪运河上的弧形船闸

作为一条遗产运河，米迪运河还体现了“传统人类居住地、土地使用或海洋开发的杰出范例，代表一种（或几种）文化或人类与环境的相互作用，特别是当它面临不可逆变化的影响而变得脆弱”的特征。运河设计者皮埃尔-保罗·里凯从一开始就立意把这项工程当作帝国的一件艺术品对待，要让它成为17世纪法国国力的象征。因此对运河上的建筑，他力求保持风格统一，突出庄严感和朴素感，甚至运河沿岸的景观也要精心处理，为植被搭配和设计付出大量心血。3个多世纪以来，运河周围的自然环境基本保持原貌。目前运河沿岸包括干流和支流，一共种植有18万株树木，最主要的河段两岸遍栽梧桐，树影婆娑，水流潺潺。当运河失去货运功能后，这些美丽的河道就成了休闲娱乐和旅游胜地。

比利时中央运河的科技含量主要体现在4座代表工业文明的升船机和周边设施上。所谓升船机，就是专供船舶使用的电梯，船只借助升船机抬起落下，可以在落差较大的水面上自由往来。在中央运河上，有一段约7公里的河道，落差高达66米，依靠传统的水闸几乎不可能解决船只升降的问题。从1888年开始，4座巨大的压液升船机相继投入使用，每座都将水面抬升了17米左右。1998年，中央运河被列入《世界遗产名录》，评委会认为，中央运河上的4座升船机代表了当时最高品质的工业成果，升船机、运河本身及其周边设施保存完好，“共同构成19世纪后期工业景观的杰作”。它们曾是世界上最大的垂直升船机，其纪录一直保持到2015年12月底中国三峡升船机试验成功。

百年来，比利时中央运河上的升船机用巨大的身躯保证了商业和旅游业的航行。

在新技术应用方面，1838年竣工、2007年进入《世界遗产名录》的加拿大里多运河，也有自己的独到之处。在美国独立战争期间，一些忠于英国的北美移民移居到加拿大生活，加拿大仍然接受英国统治，美国独立后把它视为独立战争遗留的问题之一。1812年，美英为此爆发战争，两年后战争结束，但加拿大的英国殖民者认为威胁尚存。为了给殖民地提供一条相对安全的物资运输航道，英国当局者认为有必要修建一条运河，把蒙特利尔的战备物资安全地运到五大湖畔的金斯顿军事要塞。1826年，约翰·拜在临近渥太华瀑布的地方设立了运河指挥部，并以自己的姓（By）给此地命名为拜城（即今天的渥太华）。他在计划开凿的线路沿途考察，发现一路需要经过许多小湖、河流和小溪，只有独木舟才能通过。走着走着，一个大胆的想法出现在他的脑海里。他根据当时的科技创新情况，预见到未来的运河上面一定会大量行驶新近发明的蒸汽轮船，于是将原定6米×33米的船闸加大到15米×46米，水深也相应提高到3米。为了解决河道宽度问题，他想到了欧洲先进的静水系统（又译雍水系统）。这个系统的原理是：通过建造高坝提高水位，从而漫过自然河的急流和浅滩，使之更适于船只航行。就是这个想法，使里多运河在今天得以进入《世界遗产名录》：它是19世纪早期世界静水运河系统里最具代表性的杰出案例，是世界上最早出现的专为蒸汽轮船航行而设计的人工运河，也是将欧洲先进的交通技术引进到北美的环境里并使其更趋完善的唯一实例。

里多运河上建有47个石建水闸和53个水坝，是19世纪早期世界静水运河系统里最具代表性的杰出案例。运河横贯渥太华全城，是该市最美的景观和遗产。

PART.03

走在世界的前面

很长一段时间里，中国运河建筑都走在世界的前面。大运河沟通了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系，每一条河的“脾气”（水文条件）都不一样，要把它们连接起来，需要极大的智慧。

北宋时，人们将通济渠称为汴河。汴河最初引黄河作为水源，但是含沙量大，河道经常淤积。1072年，沈括受命治理汴河，他提出更换水源、改黄河为洛水的治理方案。为了测量地势高低，他创造性地提出了“分段筑堰”的测量方法，是世界上最早提出此法的人。他还首创地形测量方法，而国外最早的地形测量出现在1696年俄罗斯的顿河测量中，比沈括晚600多年。到了元朝，郭守敬从昌平东南的白浮泉引水南下，经瓮山泊（今颐和园昆明湖）到城中的积水潭，一举解决了京杭大运河北京段的水源问题。水利学家指出：白浮泉与积水潭的落差仅有4米，纵坡降在万分之一左右，在没有现代化测量仪器的元代，这样周密精确的设计实在叫人叹为观止。这条引水路线如此科学，以至于今天的京密引水渠大体上仍然沿袭了当时设计的路线。

京杭大运河流经济宁约230公里，建有运河上最先进的水利工程——南旺分水枢纽。元明清三朝均设有最高司运机构河道总督衙门，使济宁成为声名显赫的“运河之都”。图为装载建材、煤炭等货物的船舶在京杭大运河济宁段航道上有序航行，有力保障企业生产和人们生活物资需求。

在山东南部，大运河遇到一个难题。那里多山地丘陵，地形复杂，水源也不丰富。明朝初年，工部尚书宋礼奉旨疏浚河道、解决运河水浅的难题。他听取当地一位名叫白英的老人的意见，在戴村附近拦汶河筑坝，再以一条输水渠将汶水引到南旺，从那里南北分流，七成水补给大运河北段，三成补给南段，当地人戏称为“七分朝天子，三分下江南”。南旺分水枢纽是人类历史上超大规模的水利水运工程杰作，被后人视为“大运河上最具技术价值的节点”。它通过一整套结构缜密的设计，一次性解决了引水、分流、蓄水等复杂的技术难题，为大运河带来500多年畅通无阻。分水枢纽的关键工程戴村坝设计巧妙，造型美观，号称北方的都江堰，在民间素有“江南都江堰，江北戴村坝”的美誉。每到汛期，这里洪水漫坝，“白浪翻滚，声若虎啸，数里之外可闻”。“戴坝虎啸”成为当地一处胜景。

山东省济宁市河道总督署展示馆内的宋礼奉旨疏浚河道、解决运河水浅难题的雕塑《宋礼、白英开小汶河》。

南旺分水枢纽作为京杭大运河上的关键水利工程，是世界上最早解决运河水源与分水难题的工程之一，也是工业革命前世界水利工程最高成就之一。图为山东济宁河道总督署展示馆内介绍南旺水利枢纽的展板。

从明至清，为解决黄河、淮河、大运河与洪泽湖之间的水利调控，国家不断投入人力物力，修筑了大量闸、坝、堤、堰和转水墩，清口枢纽遂成为中国古代水利工程最密集的区域，被誉为“中国古代水工博物馆”。在这些建筑里面，长达60公里的高家堰大堤（洪泽湖大堤）格外令人赞叹。它由条石砌筑，条石间凿有凹槽，石与石间用铁锔连接。大堤的规划思路是“筑堤成库”，而所采用的技术手段被称为“直立式防浪墙坝工程技术”，都代表了当时世界的最高水平，高家堰大坝也因此以“水上长城”闻名中外。

本文节选自《世界知识画报》2025年第7期

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2025年